南蒸馏腐蚀流分析及测厚优化.docx
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南蒸馏腐蚀流分析及测厚优化
南蒸馏装置
腐蚀流分析及测厚方案优化技术报告
中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院
中国石油化工股份有限公司锦西分公司
青岛
2015年12月
目录
1高温/低温部位腐蚀状况分析2
1.1原油及初馏系统2
1.2常压系统6
1.3减压系统9
2装置测厚方案优化12
2.1定点测厚优化原则12
2.2装置目前定点测厚情况13
2.3优化方案14
2.3.1南蒸馏装置定点测厚优化总体情况14
2.3.2重点腐蚀部位优化总体情况15
2.3.3定点测厚布点示意图23
1高温/低温部位腐蚀流分析
锦西石化公司南常减压装置以加工低硫高酸原油为主,通过常减压过程被分馏成汽油、煤油、柴油、蜡油和渣油等组分。
装置的主要腐蚀机理有:
三顶冷凝冷却系统的HCl+H2S+H2O腐蚀及氯化铵腐蚀,高温部位(大于220℃)的环烷酸腐蚀和高温硫腐蚀等。
其中,三顶冷却系统的腐蚀包括塔顶换热器、空冷器、水冷器及其相应管线,以初凝区的腐蚀最为严重;高温部位腐蚀严重的部位集中在减压系统,特别是减压塔减二、减三、减四填料及抽出侧线、换热器、机泵等,常压、减压转油线由于流速较高,腐蚀也较严重。
结合高温部分理论腐蚀速率核算和工艺防腐部分的水露点及铵盐结晶趋势计算结果,对装置腐蚀状况进行具体分析如下:
1.1原油及初馏系统
a)脱后原油经换热至200℃左右进入初馏塔C-1第四层塔盘汽化段分馏,从塔顶馏出的油气约102℃,经冷凝冷却后降至40℃左右。
初馏塔顶碳钢材质,上层塔盘浮阀材质1Cr13,易受到HCl-H2S-H2O腐蚀形成均匀减薄和点蚀。
流出物在露点温度下随水凝结形成pH很低的酸腐蚀,尤其是初顶抽出管道、换热器壳体、管束、管箱和温度较低的死角处腐蚀速率较高。
b)初馏塔底部208℃的初底油用泵抽出,分三路进行换热,初底油中腐蚀介质硫含量0.22%,酸值2mgKOH/g。
根据核算结果,将理论腐蚀速率大于0.38mm/a的部位列为受高温S-H2S-RSH-RCOOH腐蚀影响的关键部位,易发生高温硫的均匀腐蚀和环烷酸腐蚀的点蚀和冲刷腐蚀,具体如下:
拔头一路:
初底油自E1-18/1.2管程、E1-19/1.2管程、E1-20/1.2管程、E1-21/1~4管程至常压炉(F-1)过程中由247℃被换热至311℃,该段管线材质均为20#钢,换热器管箱为16MnR,管束为20#钢+渗铝,除管束材质特殊未核算不能判断外,所经过的管线和以上换热器管箱部位将受到高温硫和环烷酸腐蚀的影响。
拔头二路:
初底油自E2-19/1.2管程、E2-20/1.2管程、E2-21管程、E2-22/1~4管程由250℃换热至308℃后汇入蒸底渣油集合管去常压炉过程中,管线材质均为20#钢,换热器管箱为16MnR,管束为20#钢+渗铝,除管束材质特殊未核算不能判断外,该段所经过的管线和以上换热器管箱部位为易腐蚀部位。
拔头三路:
底油依次经过E1-13/1.2、E3-1/1.2壳程换热至238℃后,进入减压渣油二次E3-2/1.2.3管程换热至259℃,该换热器管束材质为10#钢,理论腐蚀速率0.64mm/a,属于腐蚀瓶颈部位。
然后,初底油自E3-3/1.2(整体316L)管程、E3-4/1.2管程换热至320℃汇入蒸底渣油集合管,除E3-4/1.2管束材质特殊未核算不能判断外,该段所经过的20#钢管线和以换热器的16MnR管箱部位也为易腐蚀部位。
c)拔头油由集合管汇聚分四路进入常压炉,常压炉辐射段部分炉管是1Cr5Mo材质,其内壁在365℃的S-H2S-RSH-RCOOH介质存在下,理论腐蚀速率为0.51mm/a,故存在高温硫的均匀腐蚀和高温环烷酸的点蚀和冲刷腐蚀风险;炉管外壁在高温下存在高温氧化均匀减薄和燃灰腐蚀,且操作温度高于材料的蠕变极限温度易导致热腐蚀蠕变;炉体需重视烟气硫酸露点腐蚀风险。
d)常压转油线材质321等级较高,腐蚀风险小,但高速转油线的弯头和高速进低速转油线的部位存在环烷酸冲刷腐蚀的风险。
1.2常压系统
a)常顶操作温度约127C(DCS截图),油气沿塔顶馏出线依次经过常顶油气冷换设备降至40℃,参考常顶露点、铵盐结盐点计算结果,常压塔顶内部整体空间发生露点腐蚀风险较低。
但在局部冷区,如顶回流返塔入口附近,塔顶的盲头、注入口等保温不好位置很有可能产生问题,在注氨点至注水点之间部位预计也存在较高的铵盐结晶风险,常压塔顶内部以及顶循环的设备及管线也应是重点监测部位。
b)常压塔内高于220℃的塔壁和塔内件受S-H2S-RSH-RCOOH介质影响,可能存在高温硫均匀腐蚀和环烷酸的点蚀和冲刷腐蚀。
c)常二线直柴(硫含量0.08%,酸值1.62mgKOH/g)由泵抽出,所经过的温度大于220℃的高温部分是自抽出口至换热器E1-11管程之间的部分,其中管线材质均为20#钢,且物料流速流量较大,换热器管束材质为10#+渗铝,管箱材质为16MnR,该段设备及管线理论腐蚀速率超过0.38mm/a,是高温硫和环烷酸的易腐蚀部位。
d)常二中物料硫含量0.18%,酸值2.88mgKOH/g,温度255℃,该段循环回流管线所用材质等级较高,发生腐蚀的风险小,但经过的E1-20/1.2、E2-18/1.2和E1-15换热器壳程均为16MnR材质,在温度高于220℃时为高温硫和环烷酸的腐蚀瓶颈部位。
e)常三、常四段管线材质均已升级为等级较高的不锈钢,在目前操作条件下理论腐蚀速率较小,发生腐蚀的风险小。
f)常压塔底渣油温度355℃,介质硫含量0.24%,酸值2.80mgKOH/g,用常底泵抽出送入减压炉(F-2)加热至约383℃。
该段管线材质为20#钢,减压炉对流段炉管1Cr5Mo材质,管线和炉管内壁在383℃左右的高温硫环烷酸存在下,理论腐蚀速率较高;炉管外壁在高温下存在高温氧化均匀减薄、燃灰腐蚀和热腐蚀蠕变风险;炉体有烟气硫酸露点腐蚀风险。
1.3减压系统
a)从减顶切水化验数据来看,切水中Cl-含量平均值虽然满足标准要求,但是波动较大,最高时浓度可达199.78mg/L,加之在减压操作条件下,更多大分子硫化物分解产生硫化氢,导致切水中硫化氢含量较高,HCl-H2S-H2O形成低温露点腐蚀,而H2S的存在更加促进了HCl腐蚀。
与蒸常顶相同,减顶系统包括塔顶封头、塔壁及上层塔盘以及塔顶冷却系统均存在酸腐蚀风险,在弯头等流速较大、流向发生变化的部位还有冲刷腐蚀风险。
b)减压塔高温侧线系统温度大于220℃的管线全部采用材质等级较高的不锈钢,在相应操作条件和腐蚀介质的存在下,发生高温硫和环烷酸腐蚀的风险小。
减二线生产的减压蜡油,硫含量0.19%,酸值3.48mgKOH/g,由减压汽提塔抽出后经E1-10/1.2管程温度降至200℃,该换热器管箱16MnR材质,管束为10#+渗铝,计算管箱部位理论腐蚀速率0.76mm/a,属于具有腐蚀风险部位。
减二中段循环回流(物料温度约290℃)由减压塔第14层用泵抽出,顺序经E1-18/1.2壳程,E3-1/1.2管程,降温至255℃后,于减压塔第15层返塔。
该过程所经过的冷换设备材质为管束20#+渗铝,管箱16MnR,参考核算结果认为是腐蚀瓶颈部位,易发生高温硫的均匀腐蚀、高温环烷酸的点蚀和冲刷腐蚀。
减三线抽出线温度310℃,物料硫含量0.19%,酸值3.22mgKOH/g,流经E2-20壳程、E2-17/1.2壳程、E1-16/3.4管程和E2-14/1.2壳程后,温度降至220℃以下。
换热器管箱及壳程均为16MnR材质,理论腐蚀速率均大于0.38mm/a,为高温硫和环烷酸的腐蚀瓶颈部位。
减四线油抽出温度373℃,介质硫含量0.22%,酸值3.03mgKOH/g,除了E3-3/1.2整体采用316L材质外,其他物料经过的高温段换热器E2-21、E1-17、E1-14壳程均为16MnR材质,在目前操作条件下存在高温硫、环烷酸腐蚀风险。
减压渣油中硫含量0.64%,酸值0.02mgKOH/g,减底抽出线温度377℃,减渣由塔底泵抽出后分成三路,依次经过冷换设备分为冷热渣油后出装置。
三路渣油经过的换热器中,E3-4/1.2、E3-2/1.2.3、E1-21/1~4、E1-19/1.2、E2-22/1~4、E2-19/1.2壳程是腐蚀瓶颈部位,易发生高温硫的均匀腐蚀、高温环烷酸的点蚀和冲刷腐蚀。
2装置测厚方案优化
2.1定点测厚优化原则
定点测厚技术是目前国内外炼化企业普遍采用的腐蚀监测技术,主要针对设备、管道的均匀腐蚀和冲刷腐蚀,重点是对碳钢、铬钼钢制设备和管道。
常减压装置在考虑定点测厚布点时应重点关注以下部位:
(1)初馏塔塔底抽出线弯头、初底泵出口弯头;
(2)常压塔进料段塔壁、常二线泵出口弯头、常二中泵出口弯头、常三线泵出口弯头、常四线泵出口弯头、常底抽出线弯头、泵出口弯头;
(3)减压塔减二、减三、减四线、减底抽出线和泵出口弯头、塔壁;
(4)汽提塔进出口管线、塔壁;
(5)常压炉和减压炉转油线;
(6)换热器进出口接管短节。
定点测厚频率确定可遵循以下原则:
(1)当腐蚀速率在0.3-0.5mm/a或剩余寿命在1-1.5年之间时,应每三个月测定一次。
(2)当腐蚀速率在0.1-0.3mm/a或剩余寿命在1.5-2年之间时,应每六个月测定一次。
(3)当腐蚀速率小于0.1mm/a时,可在每次停工检修时测定一次。
(4)当腐蚀速率大于0.5mm/a或剩余寿命小于1年应进行重点监控,由测厚管理部门、车间和检测单位共同确定测厚频率。
建议一个月至少测厚一次。
2.2装置目前定点测厚情况
根据定点测厚计划表,南蒸馏装置开展的测厚工作包括蒸发塔、蒸发塔接管、蒸顶馏出线、拔头油泵出入口线、常压塔、常压塔接管、常压塔进料线、常顶馏出线、常底油泵出入口线、减压塔进料线、减顶馏出线、减一线泵出口线、减二线泵出入口线、减二中泵出入口线、减三线泵出口线、减四线泵出口线、减底渣油泵出口阀、乏汽线,以及部分操作温度高于220℃的换热器。
测厚布点涵盖了高温和低温易腐蚀部位,共计294个测点。
测厚频次:
减二中线泵出入口线、三顶馏出线测厚周期为1年/次;常二中一次一路拔头油换热器E1-20/1.2壳程、减三线二次二路拔头油换热器E2-17/1.2壳程、减三线一次二路拔头油换热器E2-20/1.2、减四线二次二路拔头油换热器E2-21壳程、减二中二次三路拔头油换热器E3-1/1.2管程的测厚周期为6月/次;其余部位测厚频次均为3年/次。
目前定点测厚存在的问题:
(1)布点没考虑在管道截面上四个方位布点,需要进行调整;
(2)测厚数据波动较大,规律性不强;
(3)重点部位测厚频次较低;
(4)部分重点部位布点不够,腐蚀瓶颈部位未全面的涉及到;
(5)对管道上小支管关注不够,还需要增加这些部位的测厚。
(6)未建立系统全面的测厚监测数据资料。
2.3优化方案
2.3.1南蒸馏装置定点测厚优化总体情况
(1)常压转油线、减压转油线、常渣和减渣至第一台换热器优先考虑布点:
a转油线高速段各路要求第一弯头及弯头下两倍直径处直管均要布一处,第二弯头和第三弯头根据可操作性,宜布点;
b高速段热偶插入管前后50mm各布一点;
c高速段汇合处下游1000mm处布一处;
d高速进低速汇合处下游1000mm处布一处;
e进塔部位布一处;
f常渣和减渣抽出第一弯头及弯头下两倍直径处直管均要布一处,第二弯头和第三弯头根据可操作性,宜布点;控制阀和孔板后100mm位置布一点,大小头、三通、热电偶均抽查一处,按可操作性选点;泵出口布点抽出口位置要求相同。
(2)腐蚀重点部位
按照可操作性,弯头和弯头下直管、控制阀和孔板后100mm位置、大小头、三通、热电偶均抽查一处。
(3)低温部位
塔顶挥发线注剂、注水点正对处布一处、注剂点下游第一弯头、弯头下两倍直径处、换热器出入口、空冷出入口、分液罐气液交界面处和分水包各布一处、酸性水管第一弯头和弯头下两倍直径直管处各布一处,注水点后2米内布两处,盲管按温度不同各布一处。
(4)其他部位
除以上部位外的其他部位,220℃以下的部位原则上不布点,220℃以上部位按照温度不同,各温度段选择管道上方便测厚的弯头布一处。
2.3.2重点腐蚀部位优化总体情况
根据高温部位的腐蚀核算结果,腐蚀速率≥0.38mm/a的部位应列入重点部位,加强定点测厚工作。
具体如表1。
表1重点管线建议测厚情况
管道
管道编号
部位
材质
理论腐蚀速率(mm/a)
建议频次
初底油线
拔头三路
初底油自E3-3/1.2至E3-4/1.2
20#
0.89
1月/次
初底油线
拔头二路
初底油自E2-19/1.2至E2-20
20#
0.64
1月/次
初底油线
拔头一路
初底油自E1-18/1.2至E1-19/1.2
20#
0.64
1月/次
初底油线
拔头三路
初底油自E3-4/1.2至常压炉(F-1)弯头、三通、直管段
20#
1.27
1月/次
初底油线
拔头二路
初底油自E2-20至E2-21
20#
0.64
1月/次
初底油线
拔头一路
初底油自E1-19/1.2至E1-20/1.2
20#
0.64
1月/次
初底油线
拔头二路
初底油自E2-21至E2-22/1~4
20#
0.64
1月/次
初底油线
拔头一路
初底油自E1-20/1.2至E1-21/1~4
20#
0.64
1月/次
初底油线
拔头二路
初底油自E2-22/1~4至常压炉(F-1)弯头、三通、直管段
20#
0.89
1月/次
初底油线
拔头一路
初底油自E1-21/1~4至常压炉(F-1)弯头、三通、直管段
20#
0.89
1月/次
常二线
常二线自C-2至P-13弯头、三通、直管段
20#
0.64
1月/次
常二线
常二线自P-13至E1-13/1.2弯头、三通、直管段
20#
0.64
1月/次
常二线
常二线自E1-13/1.2至E1-11
20#
0.51
1月/次
常底油线
常底油自C-2至P-8弯头、三通、直管段
20#
2.54
1月/次
常底油线
常底油自管P-8至减压炉F-2弯头、三通、直管段
20#
2.54
1月/次
其余部分频次确定如下:
(1)考虑到经常更换原料,塔顶pH、氨氮控制不稳定,结合水露点和结盐点的理论核算,易发生露点腐蚀和垢下腐蚀,加之已发生过常顶油气原油换热器仅使用几个月便出现腐蚀泄露的情况,建议“三顶”油气线和冷凝冷却系统测厚频次提高至1次/1月;
(2)温度高于220℃的部位,根据理论腐蚀速率来确定频次,管道理论腐蚀速率在0.1mm/a以下,建议每个运行周期测一次,理论腐蚀速率在0.1~0.3mm/a之间的,测厚频次建议1次/6月,0.3~0.5mm/a的建议1次/3月;
(3)除了上面的管道,其余管道建议每个运行周期测一次;
(4)对于高温部位冷换设备,理论腐蚀速率高于0.5mm/a的重点部位,建议将测厚频次提高至1次/月。
表2重点冷换设备建议测厚情况
设备位号
设备名称
部件
操作条件
介质
目前材质
理论腐蚀速率(mm/a)
建议频次
介质温度℃
换热管壁温℃
压力Mpa
E1-10/1
减一中一次脱后一路原油换热器
管程
226
203.5
1.04
蜡油
管束
10#钢+渗铝
管箱
16MnR
0.76
1次/月
壳程
181
1.3
原油
16MnR
0.2
1次/6月
E1-10/2
减一中一次脱后一路原油换热器
管程
226
203.5
1.04
蜡油
管束
10#钢+渗铝
管箱
16MnR
0.76
1次/月
壳程
181
1.3
原油
16MnR
0.2
1次/6月
E1-11
常二线二次脱后一路原油换热器
管程
226
207
1.23
柴油
管束
20#钢+渗铝
管箱
16MnR
0.51
1次/月
壳程
188
1.3
原油
16MnR
E1-13/1
常二线一次一路拔头油换热器
管程
260
244
1.23
柴油
管束
10#钢+渗铝
管箱
16MnR
0.64
1次/月
壳程
228
1.82
初底油
16MnR
0.2
1次/6月
E1-13/2
常二线一次一路拔头油换热器
管程
260
244
1.23
柴油
管束
10#钢+渗铝
管箱
16MnR
0.64
1次/月
壳程
228
1.82
初底油
16MnR
0.2
1次/6月
E1-14
减四线四次脱后一路原油换热器
管程
206
231.5
1.3
原油
管束
铝钼共渡
管箱
16MnR
壳程
257
1.17
蜡油
16MnR
0.51
1次/月
E1-15
常二中三次脱后一路原油换热器
管程
212
233.5
1.3
原油
管束
10#钢+渗铝
管箱
16MnR
壳程
255
0.77
柴油
16MnR
1.52
1次/月
E1-16/3
减三线三次一路拔头油换热器
管程
249
234.5
1.09
蜡油
管束
10#钢+渗铝
管箱
16MnR
1.52
1次/月
壳程
220
1.82
初底油
16MnR
0.2
1次/6月
E1-16/4
减三线三次一路拔头油换热器
管程
249
234.5
1.09
蜡油
管束
10#钢+渗铝
管箱
16MnR
1.52
1次/月
壳程
220
1.82
初底油
16MnR
0.2
1次/6月
E1-17
减四线三次一路拔头油换热器
管程
248
263.5
1.82
初底油
管束
20#钢+渗铝
管箱
16MnR
0.38
1次/3月
壳程
279
1.17
蜡油
16MnR
0.89
1次/月
E1-18/1
减二中一次一路拔头油换热器
管程
264
278
1.82
初底油
管束
20#钢+渗铝
管箱
16MnR
0.64
1次/月
壳程
292
0.68
蜡油
16MnR
3.05
1次/月
E1-18/2
减二中一次一路拔头油换热器
管程
264
278
1.82
初底油
管束
10#钢+渗铝
管箱
16MnR
0.64
1次/月
壳程
292
0.68
蜡油
16MnR
3.05
1次/月
E1-19/1
冷渣二次一路拔头油换热器
管程
272
287
1.82
初底油
管束
20#钢+渗铝
管箱
16MnR
0.64
1次/月
壳程
302
2.14
渣油
16MnR
0.64
1次/月
E1-19/2
冷渣二次一路拔头油换热器
管程
272
287
1.82
初底油
管束
20#钢+渗铝
管箱
16MnR
0.64
1次/月
壳程
302
2.14
渣油
16MnR
0.64
1次/月
E1-20/1
常二中一次一路拔头油换热器
管程
280
292.5
1.82
初底油
管束
20#钢+渗铝
管箱
16MnR
0.64
1次/月
壳程
305
0.77
柴油
16MnR
3.05
1次/月
E1-20/2
常二中一次一路拔头油换热器
管程
280
292.5
1.82
初底油
管束
20#钢+渗铝
管箱
16MnR
0.64
1次/月
壳程
305
0.77
柴油
16MnR
3.05
1次/月
E1-21/1
冷渣一次一路拔头油换热器
管程
295
317
1.82
初底油
管束
20#钢+渗铝
管箱
16MnR
0.89
1次/月
壳程
339
2.14
渣油
16MnR
1.02
1次/月
E1-21/2
冷渣一次一路拔头油换热器
管程
295
317
1.82
初底油
管束
20#钢+渗铝
管箱
16MnR
0.89
1次/月
壳程
339
2.14
渣油
16MnR
1.02
1次/月
E1-21/3
冷渣一次一路拔头油换热器
管程
311
343.5
1.82
初底油
管束
20#钢+渗铝
管箱
16MnR
0.89
1次/月
壳程
376
2.14
渣油
16MnR
2.29
1次/月
E1-21/4
冷渣一次一路拔头油换热器
管程
311
343.5
1.82
初底油
管束
20#钢+渗铝
管箱
16MnR
0.89
1次/月
壳程
376
2.14
渣油
16MnR
2.29
1次/月
E2-14/1
减三线三次脱后二路原油换热器
管程
206
217.5
1.3
原油
管束
10#钢
0.76
1次/月
管箱
16MnR
0.2
1次/6月
壳程
229
1.09
蜡油
16MnR
0.76
1次/月
E2-14/2
减三线三次脱后二路原油换热器
管程
206
217.5
1.3
原油
管束
10#
0.76
1次/月
管箱
16MnR
0.2
1次/6月
壳程
229
1.09
蜡油
16MnR
0.76
1次/月
E2-17/1
减三线二次二路拔头油换热器
管程
240
260
1.82
初底油
管束
10#钢+渗铝
管箱
16MnR
0.38
1次/3月
壳程
280
1.09
蜡油
16MnR
1.52
1次/月
E2-17/2
减三线二次二路拔头油换热器
管程
240
260
1.82
初底油
管束
10#钢+渗铝
管箱
16MnR
0.38
1次/3月
壳程
280
1.09
蜡油
16MnR
1.52
1次/月
E2-18/1
常二中二次二路拔头油换热器
管程
250
267
1.82
初底油
管束
20#钢+渗铝
管箱
16MnR
0.38
1次/3月
壳程
284
0.77
柴油
16MnR
1.52
1次/月
E2-18/2
常二中二次二路拔头油换热器
管程
250
267
1.82
初底油
管束
20#钢+渗铝
管箱
16MnR
0.38
1次/3月
壳程
284
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- 关 键 词:
- 蒸馏 腐蚀 分析 优化
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